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太陽光発電パネルの種類の違い【シリコン系・化合物系・有機物系】

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目次

①太陽光発電パネルの素材の種類
②結晶シリコン系ソーラーパネルの特徴
 ・単結晶シリコン
 ・多結晶シリコン
③薄膜シリコン系ソーラーパネルの特徴
 ・微結晶シリコン
 ・アモルファスシリコン
④化合物系ソーラーパネルの特徴
 ・CIS太陽電池
 ・CIGS太陽電池
 ・CdTe太陽電池
⑤有機物系ソーラーパネルの特徴
 ・色素増感系
 ・有機半導体系

 

 

 

①太陽光発電パネルの素材の種類

 

太陽光発電で重要な事は
「どれだけ安く出来るか?」
「どれだけ発電効率を良く出来るか?」
「どれだけ耐久性が優れているか?」
が最も大切な事です。

 

一概にパネルの素材と言っても、大きく分けると「シリコン系」「化合物系」「有機物系」の3種類に分けられます。
さらに細かく分けると14種類にもなります。

 

太陽光という分野は昔からありますが、急速に発達したのは2012年の東日本大震災からです。
その為、まだまだ発展途上で、上の画像の素材の評価は今後変わってくる可能性は十分にあります。

 

それでは各素材の特徴を書いていきます。

 

 

 

②結晶シリコン系ソーラーパネルの特徴

 

結晶シリコン系は「ケイ石」と言われる石を溶かし、インゴッド(塊)を加工した物を「単結晶シリコン」と呼びます。
その加工過程で出た細かいカケラを再利用し作られたのが「多結晶シリコン」と呼ばれます。

 

両者共に現在の太陽光の素材としては2トップですが、違いはずばり変換効率です。

 

単結晶シリコン

単結晶シリコンは純度が高く規則正しく並べられているので、変換効率は20%以上になります。

 

現在の日本ではこの単結晶が最高の変換効率を誇っており、耐久性も抜群です。

 

小さい面積で最大の発電効率が特徴なので、日本では家庭用のソーラーパネルとして主に使用されております。

 

ただ、価格が高いというデメリットが存在します。

 

 

多結晶シリコン

多結晶シリコンは変換効率が17%前後と多少劣るのもの、販売価格が安く一番に日本で導入がされている種類になります。

 

産業用やメガソーラー等の投資要素がある太陽光発電システムでは、投資額の回収が早い多結晶シリコンが主流です。

 

 

 

 

③薄膜シリコン系ソーラーパネルの特徴

 

薄膜シリコンの特徴は名前の通り、パネル部分が薄い事が最大の特徴です。

 

単結晶シリコンの約100倍の薄さなので、その用途は多岐にわたり、産業用~フィルム状にと柔軟な加工のしやすも今後の注目されております。

 

また、太陽光パネルは温度によっても発電効率が変わりますが、そういった温度の変化で変換効率が変わる事がないのも特徴です。

 

設置が難しいトタン屋根や建物の側面でも薄膜シリコンであれば軽量なので、設置する事も可能です。

 

デメリットとしては変換効率が8%前後と多結晶シリコンの半分程度の効率しかありません。
基本的な部分では似てますが、「微結晶シリコン」か「アモルファスシリコン」かによっても違いがあります。

 

 

微結晶シリコン

微結晶シリコンは多結晶よりもさらに小さいかけらを使い、50~100nmで使用します。
結晶を小さくすればする程、アモルファスに似た性能になります。

 

 

アモルファスシリコン

アモルファスシリコンは非結晶シリコンとも呼ばれ、微結晶よりもさらに薄くする事が可能で、光を吸収し反射をしないという特性を持っています。

 

その為、住宅街でソーラーパネルの反射による苦情もなくのも利点です。
特にアモルファスシリコンは光が弱くても電力にする特性もあり、電卓や時計等に使用されています。

 

最近では、「HIT(ヘテロ接合型)太陽電池」という、アモルファスシリコンと単結晶シリコンの長所を合わせたタイプも登場しています。

 

特徴としては、変換効率が多結晶よりも高く、熱への耐久性やわずかな光での変換率も優れているので、今後普及するといわれております。
ただ、現状としては世の中に出たばかりで価格も高くこれからの技術です。

 

 

 

④化合物系ソーラーパネルの特徴

 

化合物系とシリコン系との違いは、シリコンを含んでいるかどうかで系統が分かれます。

 

特徴としては、最高の変換効率を出せるのが化合物系となります。

 

シリコンとは違い、宇宙に耐性を持っているので、主に人工衛星等の宇宙空間で採用されております。

 

まだ、技術とコストの擦り合わせが出来ておらず発展途上なので、単結晶シリコンに負けてけておりますが、将来的に一般家庭に広く普及するのではないかと期待されております。

 

また、化合物系の太陽光パネルは元素の頭文字を取って「CIS太陽電池」「CIGS太陽電池」「CdTe太陽電池」の3種類があります。

 

 

CIS太陽電池

CIS太陽電池は、「銅・インジウム・セレン」で作られており、特徴としてはアモルファスシリコンに近い性質を持っており、熱耐性・低コスト・非常に薄いという特徴があります。

 

また、結晶系シリコンとは違い、太陽光が当たらない部分だけが変換効率が落ちるだけなので、影がまばらに出来ている状態での変換効率は単結晶シリコンに勝ります。
ただ、単純な変換効率は12%前後となっております。

 

 

CIGS太陽電池

CIGS太陽電池は「銅・インジウム・ガリウム・セレン」で作られております。
こちらは、CIS太陽電池よりも全てにおいて若干優れているのが特徴です。
ただ、難点としては、カドミウムが使われた製品もあり、人体と環境負荷に改善が望まれております
変換効率は14%前後です。

 

 

CdTe太陽電池

CdTe太陽電池は、「カドミウム・テルル」で作られており、コストも安く熱耐性ももっており、理想的な化合物系の電池ですが、カドミウムは人体に悪影響のある元素で、
日本のメーカーは作成しておらず、住宅地では使用できません

 

また、産業用であってもクリーンエネルギーという分野の太陽光発電では、CdTe太陽電池は倫理的に日本で導入する事は難しいでしょう。
変換効率は10%前後です。

 

 

 

⑤有機物系ソーラーパネルの特

 

有機物系の特徴は、名前の通り有機物を使った太陽光電池で、フレキシブル(柔軟性)が売りで、既存の技術では替えが効きません

 

アモルファスシリコンの場合も曲げたりする事が可能ですが、さらに特殊加工が可能です。

 

デメリットとしては、生産コストが激安なものの、寿命が短く普及出来るレベルに至っていないところです。
しかし、政府としてもそのフレキシブルさは魅力であり、メーカーに補助を出して開発に力を注いでいます

 

有機物系ソーラーパネルには「色素増感系」と「有機半導体系」があります。

 

 

色素増感系

色素増感系は太陽光パネルの色を変えたり出来、玩具等に導入をされています。
結晶や化合物よりもさらに低価格で、政府が将来的に期待しているソーラーパネルです。
変換効率は10%前後

 

 

有機半導体系

有機半導体系は、プリンターの様な感覚で太陽光電池を作る事が出来、将来的にペンキの様に塗るだけで太陽光電池とすることが出来るといわれており、既存の太陽光の常識をひっくり返す可能性を秘めております

 

現在では、薄くした「有機薄膜太陽光電池」が登場しており、極端に言えば建物の目に見えるところすべてが太陽光電池とすることも可能です。

 

生産コストも薄膜シリコンの20分の1で制作が可能となり、今もっともメーカーや国が力を入れている太陽光電池です。

 

例えば、農業のビニールシートで有機薄膜太陽光電池を使用し、野菜の生産数を減らさず年間の電気料金を30万円以上削減している実験も成功しております。

 

事例は下記よりご覧ください。
有機薄膜太陽電池を使った発電するビニールハウス

 

初期では変換効率が3%前後でしたが、現在では10%前後まで改善し、近い将来15%以上になりといわれております。

 

 

 

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